专利名称：弹性表面波装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种例如用作谐振子或频带滤波器的弹性表面波装置，具
体而言，涉及一种具有在LiNb03基板上形成IDT电极和氧化硅膜的构造、 且利用瑞利波的弹性表面波装置。
背景技术：
在便携电话机的RF段等中使用的频带滤波器中，要求宽频带且具有 良好的温度特性。因此，以前使用如下弹性表面波装置，在由旋转Y板X 传播的LiTa03基板或旋转Y板X传播的LiNb03基板构成的压电性基板 上，形成IDT电极，且覆盖IDT电极地形成氧化硅膜。这种压电性基板的 频率温度系数具有负值，为了改善温度特性，形成为具有正的频率温度特 性的氧化硅膜覆盖IDT电极。
但是，在这种构造中，在由正在通用的A1或以Al为主要成分的合金 等形成IDT电极的情况下，IDT电极无法得到足够的反射系数。因此，存 在谐振特性产生波纹等问题。
作为解决这种问题的方案，在下述专利文献l中公开了一种弹性表面 波装置，在由机电耦合系数f为0.025以上的LiNb03构成的压电性基板 上，形成以密度比A1大的金属为主体的IDT电极，在形成该IDT电极的 剩余区域中，将第l氧化硅膜形成为与电极相等的膜厚，层叠第2氧化硅 膜，以覆盖该电极和第l氧化硅膜。
在专利文献1中记载的弹性表面波装置中，上述IDT电极的密度为第 1氧化硅膜密度的1.5倍以上，由此，充分提高IDT电极的反射系数，可 抑制谐振特性中呈现的波纹。
在专利文献l中，公开如下构成，利用瑞利波，作为上述电极材料， 示例Au或Cu等，在由Cu构成的电极的情况下，其膜厚为0.0058入 0.11 A ，尤其示出通过设为0.0058A 0.055 A ，可增大瑞利波的机电耦合 系数K2。另外，示出如下构成，作为上述LiNb03基板，示出欧拉角为 (0° ±5° ，38° ±10° ，0° )的LiNb03基板，作为上述第2氧化硅膜的膜厚， 当设为表面波波长入时，为0.15入 0.4入的范围。 专利文献l: WO2005-034347
近年来，即便是弹性表面波装置也进一步高频化。因此，IDT电极中 的电极指间距变小，电极指自身的幅度尺寸也变小。结果，布线电阻变大， 弹性表面波装置中的损耗变得容易变大。
为了降低弹性表面波装置中的损耗，只要增厚电极的膜厚即可。但是， 在利用瑞利波的现有弹性表面波装置中，例如专利文献l记载的那样，由 Cu构成的IDT电极的膜厚最厚也就是O.ll A 。这是因为若由Cu构成的IDT 电极的膜厚厚至0.11A，则SH波的响应急剧变大，在谐振频率与反谐振 频率之间出现较大的乱真(spurious)。因此，在专利文献1中，在IDT 电极由Cu构成的情况下，其厚度为0.0058 A 0.11人的范围，最好为 0.0058入 0.055入。
因此，在推进高频化，减小电极指间距或减小电极指幅度尺寸的情况 下，由于不能再增厚电极膜厚，所以布线电阻变大，损耗变得容易变大。
另外，如上所述，在具有第l、第2氧化硅膜的弹性表面波装置中，
尽管通过形成氧化硅膜来改善频率温度特性，但仍存在特性因氧化硅膜的 膜厚偏差而偏差的问题。
发明内容
本发明的目的在于消除上述现有技术的缺点，提供一种利用瑞利波的 弹性表面波装置，为了实现高频化，即便在减小电极指间距或减小电极指 幅度尺寸的情况下，也难以产生损耗增大。
根据本发明，提供一种弹性表面波装置，具备欧拉角为
(0° ±5° ,e±5° ，0° ±10° )的LiNb03基板；电极，形成于所述LiNb03 基板上，包括以Cu为主体的IDT电极；第1氧化硅膜，在除了形成所述 电极的区域以外的剩余区域中，厚度与所述电极相等地形成；和第2氧化 硅膜，覆盖所述电极和第1氧化硅膜地形成，利用瑞利波，其特征在于当表面波的波长为A时，所述电极的膜厚为0.12A (U8A的范围，所
述欧拉角(o。 ±5° ，e±5° ， o。 ±10° )的e为满足下式(i)的范围，
9 =32.01—351.92Xexp(—Tcu/0.0187) …式(1) 其中，Tcu:以波长A对Cu电极膜厚归一化后的值。 在本发明的弹性表面波装置中，最好第2氧化硅膜的膜厚H为
0.15A 0.50A的范围，此时，可将瑞利波的机电耦合系数W设为6%以
上，可容易地实现宽频带化。 发明效果
在本发明所涉及的弹性表面波装置中，就在LiNb03基板上形成包括 ID丁电极的以Cu为主体的电极，形成上述第l、第2氧化硅膜，利用瑞利 波的弹性表面波装置而言，电极膜厚为上述特定的范围内，即厚至0.12入 以上，所以可降低电极电阻，由此，即便在推进高频化的情况下，也可实 现损耗的降低。另外，由于LiNb03基板的欧拉角e为上述特定的范围内， 所以难以产生瑞利波的机电耦合系数的下降。
由此，根据本发明，可提供一种可容易地对应于高频化、低损耗、宽 频带的弹性表面波装置。
图l(a)、 (b)是本发明一实施方式的弹性表面波装置的示意平面图及扩 大表示其主要部分的局部切面扩大正面截面图。
图2是表示由Cu构成的IDT电极的厚度及欧拉角0变化时的瑞利波 的机电耦合系数K2的变化的图。
图3是表示由Cu构成的IDT电极的厚度及欧拉角9变化时的SH波 的机电耦合系数K2的变化的图。
图4是表示由Cu构成的IDT电极的膜厚变化时的瑞利波及SH波的 声速变化的图。
图5是表示IDT电极的膜厚变化时的瑞利波的机电耦合系数的变化的图。
图6是表示将第2氧化硅膜的膜厚设为0.2入、0.3入、或0.4入时的欧拉角e变化所引起的瑞利波的机电耦合系数KZ的变化的图。
图7是表示将第2氧化硅膜的膜厚设为0.2 A 、 0.3 A 、或0.4入时的 欧拉角8变化所引起的SH波的机电耦合系数KZ的变化的图。
图8是表示由Cu构成的IDT电极的膜厚为0.04入时的、第2氧化硅 膜的膜厚为0.2入、0.3 A 、或0.4入时的、欧拉角e变化引起的SH波的 机电耦合系数KZ的变化的图。
图9是表示实施方式及第1、第2比较例的弹性表面波装置的阻抗特 性及相位特性的图。
图IO是表示实施方式的弹性表面波装置中、将第2氧化硅膜的膜厚 设为0.34入、0.29 A 、或0.24入时的阻抗特性及相位特性的图。
符号说明
1弹性表面波装置
2 LiNb03基板
3 IDT电极 4、 5反射器
6第l氧化硅膜 7第2氧化硅膜
具体实施例方式
下面，通过参照附图，同时说明本发明的具体实施方式
，使本发明变
得清楚。
图l(a)是本发明一实施方式的弹性表面波装置的示意平面图，(b)是表 示其主要部分的局部切面扩大正面截面图。
弹性表面波装置1使用旋转Y板X传播LiNb03基板2来构成。LiNb03 基板2的结晶方位在欧拉角下为(O。 ±5° ，e， 0° ±10° )。
另外，在LiNb03基板2上，如图l(b)所示，形成IDT电极3。如图 l(a)所示，在IDT电极3的表面波传播方向两侧，形成反射器4、 5。
在形成这些电极的区域的剩余区域中，形成第1氧化硅膜6。第1氧 化硅膜6的膜厚与IDT电极3和反射器4、 5的膜厚相等。另外，覆盖这 些电极3、 4和第1氧化硅膜6地形成第2氧化硅膜7。在弹性表面波装置l中，LiNb03基板具有负的频率温度系数。相反，
氧化硅膜6、 7具有正的频率温度系数。因此，可改善频率特性。
另外，包含IDT电极3的电极的密度为第1氧化硅膜6的密度的1.5 倍以上。即，在本实施方式中，IDT电极3由Cu形成。因此，IDT电极3 的密度为8.93g/cm3，另外，第1氧化硅膜的密度为2.21 g/cm3。
因此，如上述专利文献1中公开的那样，可提高IDT电极3的反射系 数。由此，可抑制谐振特性上呈现的波纹。
本实施方式的弹性表面波装置1的特征还在于当表面波的波长为入 时，上述IDT电极3的膜厚为0.12入 0.18入的范围，并且，LiNb03基 板2的欧拉角(0。 ±5° ，e±5° ，0° ±10° )的e为满足下式(l)的范围。 即，由于IDT电极3的膜厚厚至0.12入以上，所以可降低电极电阻。由 此，即便在推进高频化的情况下，也可实现损耗的降低。另外，由于欧拉 角e为特定的范围内，所以难以产生瑞利波的机电耦合系数的下降。 [式l]
9 =32.01—351.92Xexp(—Tcu/0.0187)...式(l)
其中，Tcu:以波长人对Cu电极膜厚归一化后的值。 根据具体的实验例来对此进行说明。 (第1实验例)
就在欧拉角(O。 ， 20° 50° ， 0° )的LiNb03基板2中激励的瑞利波 及构成乱真的SH波而言，利用有限要素法进行计算。计算模块如图l(b) 所示，设第2氧化硅膜的上表面为平坦构造，由Cu构成IDT电极，第l、 第2氧化硅膜6、 7由SiOj莫构成。设IDT电极的占空比为0.50，构成第 2氧化硅膜7的SiOj莫的膜厚为0.3入的厚度。
图2示出将IDT电极3的膜厚设为0.05入、0.10入、0.12入或0.20入、 使欧拉角e变化时的瑞利波的机电耦合系数KZ的变化。另外，图3示出 将IDT电极的膜厚设为0.05入、0.10 A 、 0.12入或0.20、使欧拉角e变 化时的构成乱真的SH波的机电耦合系数K2的变化。
从图2和图3可知，若由Cu构成的IDT电极3的膜厚成为0.12入以 上，则瑞利波的机电耦合系数1^2和SH波的机电耦合系数KM壬一个相对 欧拉角e的依赖性均发生变化。即，在瑞利波的情况下，从图2可知，在IDT电极的膜厚为0.10A以下的情况下，若瑞利波的机电耦合系数K2 相对较小且膜厚薄至0.05入，则机电耦合系数W因欧拉角e不同而变化 大。相反，在IDT电极的膜厚为0.12A以上的情况下，瑞利波的机电耦 合系数〖2高至6%以上，而且欧拉角e的变化所引起的变化较少。
另一方面，从图3可知，若欧拉角9变化，则SH波的机电耦合系数 W变化大。不过，在IDT电极3的膜厚为0.05 A的情况下，在9=36° 附近，构成乱真的SH波的机电耦合系数f成为极小，相反，电极膜厚为 0.12A禾卩0.2(U，在9=30°附近，SH波的机电耦合系数成为极小。在 IDT电极的膜厚为O.IO入的情况下，在欧拉角9=36°的情况下，SH波 的机电耦合系数为5%，非常高，所以图3中未能图示。
因此，从图3可知，若由Cu构成的IDT电极的膜厚为0.12入以上， 则构成乱真的SH波的机电耦合系数K^成为最小的9从9=36°附近移 位到30°附近。
以前，在利用瑞利波的情况下，若IDT电极3的膜厚增厚，则认为 SH波乱真变大。即，如上所述，例如在电极膜厚为0.10入、且欧拉角e 为36°的情况下，SH波的机电耦合系数为5%，非常高。
相反，在为0.12入以上的膜厚的情况下，9为36°附近，从图3可 知，尽管SH波的机电耦合系数W为0.2-0.4%左右，但在9=30° ±5° 的范围内，小至0.1%以下，在6=30°附近，非常小，成为0.05。/。以下。
这样，由Cu构成的IDT电极的膜厚以0.12入附近为界，SH波的机 电耦合系数I^和瑞利波的机电耦合系数K^的9依赖性变化，认为这是 由于如图4所示，瑞利波的声速与SH波的声速在IDT电极3的膜厚为 0.12入处交叉。即，如图4所示，随着IDT电极的膜厚增加，SH波及瑞 利波的声速下降，但若为0.12入以上，则瑞利波的声速超过SH波的声速。
因此，如图2和图3所示，若IDT电极的膜厚为0.12入以上，则认 为通过上述瑞利波与SH波的声速逆转，瑞利波和SH波的机电耦合系数 &2相对e的依赖性变化。
图5是表示瑞利波的机电耦合系数K2因由Cu构成的IDT电极的膜厚 而引起的变化的图。这里，IDT电极3的占空比为0.50，作为第2氧化硅 膜7的SiCy莫的膜厚为0.3入。从图5可知，随着由Cu构成的IDT电极3的膜厚增加，瑞利波的机 电耦合系数f有下降的倾向。但是，若IDT电极3的膜厚为0.18 A以下， 则瑞利波的机电耦合系数^示出6%以上，足够高的值。因此，为了使机 电耦合系数K2为6%以上、足够大的值，必需设IDT电极3的膜厚为0.18入 以下。
在本发明中，由Cu构成的IDT电极3的膜厚为0.12入以上，由此， IDT电极的膜厚足够厚，电极电阻下降。此时，根据图2和图3的结果， 通过如后所述选择欧拉角e，可充分减小SH波造成的乱真，并且，可使 基于瑞利波的机电耦合系数^为6%以上的足够大的值。尤其是通过如上 所述设IDT电极的膜厚为0.18入以下，可使瑞利波的机电耦合系数f确 实大至6%以上。
图6是表示设IDT电极的占空比为0.50、由Cu构成的IDT电极3的 膜厚为0.12入、将作为第2氧化硅膜7的Si02膜的膜厚设为0.2入、0,3入、 或0.4入时的欧拉角e引起的瑞利波的机电耦合系数1^的变化的图。
图7与图6 —样，是表示设由Cu构成的IDT电极的膜厚为0.12入、 设占空比为0.50、将第2氧化硅膜的膜厚设为0.2入、0.3人、或0.4入时 的欧拉角e引起的SH波的机电耦合系数KS的变化的图。
从图6可知，即便在使第2氧化硅膜的膜厚为0.2A、 0.3 A 、或0.4入 之一的情况下，即便欧拉角e变化，瑞利波的机电耦合系数&2也不太变 化，示出6%以上的高值。另一方面，就SH波的机电耦合系数K^而言， 从图7可知，若欧拉角e变化，则机电耦合系数&2变化较大大，但即便 在第2氧化硅膜的膜厚为0.2A、 0.3入、或0.4入的之一的情况下，也为 大致一样的结果。
因此，从图6和图7可知，即便第2氧化硅膜7的膜厚因制造偏差而 偏差，瑞利波和SH波的欧拉角9依赖性也基本上不变化。由此，根据上 述实施方式，即便产生由Si02膜构成的第2氧化硅膜7的厚度偏差，也难 以产生基于SH波乱真的特性影响的偏差，可提供特性稳定的弹性表面波 装置1。
另外，图8是表示设IDT电极3的膜厚为0.04入时的机电耦合系数 f基于欧拉角e及第2氧化硅膜7的膜厚的而变化的图。从图8可知，在由Cu构成的IDT电极3的膜厚薄至0.04 A时，在第2氧化硅膜7的膜 厚为0.2入时、0.3入时、或0.4入时，基于欧拉角9的SH波的机电耦合 系数^的变化差别非常大。因此，可知在IDT电极3的膜厚薄至0.04入 时，若第2氧化硅膜7的膜厚偏差，则特性相差大。
由于SH波构成乱真，所以其机电耦合系数&2优选较小。当设由Cu 构成的IDT电极3的膜厚为Tcu时，SH波的机电耦合系数^成为最小的 e值由下式(l)表示。该式(1)从上述图3的结果导出。 [式l]
S =32.01—351.92Xexp( — Tcu/0.0187) …式(1) 其中，Tcu:以波长入对Cu电极膜厚归一化后的值。 另外，若SH波的机电耦合系数f为0.1%以下，则乱真造成的影响
非常小。因此，上述式(i)所示的e期望为e±5°的范围，此时，可将
SH波的机电耦合系数KH殳为0.1%以下。
从图6可知，若由Si02构成的第2氧化硅膜的膜厚设为0.2入 0.4入
的范围，则欧拉角e在20° 50°的宽范围内，瑞利波的机电耦合系数
K2比6%还高。根据本申请发明者的实验，若该第2氧化硅膜的膜厚在 0.15入 0.5入的范围，则确认瑞利波的机电耦合系数〖2高至6%以上。因 此，最好第2氧化硅膜的膜厚为0.15 A 0,5人，最好如图6所示，为0.2入 0.4入的范围。
图9表示为了与上述实施方式的弹性表面波装置1比较而准备的第1 、 第2比较例的弹性表面波装置的阻抗特性及相位特性。在实施方式的弹性 表面波装置中，IDT电极3为膜厚为0.12入的Cu膜。在第l比较例中， 设Cu膜的膜厚为0.10入，在第2比较例中，设Cu膜的膜厚为0.08入。
另外，IDT电极3的膜厚以外的规格如下所示。
在欧拉角(O。 ，30° ，0° )的LiNb03基板2上，在上述实施方式的弹性 表面波装置中，形成0.12A=248nm厚度的IDT电极3，并制作 600nm=0.29X的SK)2膜，作为第2氧化硅膜7，制作1.9GHz频带的1端 口型弹性表面波谐振子。设入=2.0711111。
在第l比较例中，IDT电极由207nn^0.10A的Cu膜形成，设第2氧 化硅膜7的膜厚为600nmK).29入。另夕卜，在第2比较例中，设由Cu构成的IDT电极的厚度为166nm=0.08人，作为第2氧化硅膜的SiOj莫的膜厚 为600nm=0.29A 。 IDT电极的占空比均为0.5。
实线表示上述实施方式的结果，虚线表示第1比较例的结果，点划线 表示第2比较例的结果。
从图9可知，在第2比较例中，在谐振频率与反谐振频率之间出现由 箭头A所示的较大的乱真，即便在第l比较例中，在谐振频率的低频侧也 会出现箭头B所示的乱真。这些乱真被认为基于SH波的乱真。与此相对， 在上述实施方式的弹性表面波装置1中，不能容忍这种乱真另外，图IO表示准备上述实施方式的弹性表面波装置1中，除使第2 氧化硅膜7的膜厚从0.34入时变化到0.29人及0.24入夕卜，其他同样构成 的弹性表面波装置，测定这些弹性表面波装置的滤波特性的结果。实线与 上述实施方式一样，表示第2氧化硅膜的厚度为0.34人时的结果，虚线表 示0.29 A时的结果，点划线表示0.24A时的结果。
从图10可知，任一情况下都看不到乱真，得到良好的谐振特性。因 此，即便由Si02构成的第2氧化硅膜的膜厚偏差，也难以出现乱真，因此， 可稳定地得到良好的谐振特性。
LiNb03基板的欧拉角在上述实施方式中设为(0。 ，e±5° ， 0° )，但 根据本申请发明者的实验，欧拉角(o， e， W)中的cD只要是0。 ±5° 的范围即可，W只要是0。 ±10°的范围即可，即便在任一情况下，均可 确认与上述实施方式一样的效果。
在上述实施方式中，IDT电极由Cu构成，但在本发明中，只要使用 以Cu为主体的电极即可，也可在由Cu构成的主要电极层的下方，形成厚 度相对薄的紧贴层，或在以Qi为主的电极层上，层叠薄的保持电极层。 这些情况下，只要将由Cu构成的主要电极层的厚度设为本发明的电极厚 度即可。
并且，不限于所述1端口型弹性表面波谐振子或双工频带滤波器部， 本发明可适用于各种谐振子或各种电路构成的表面波滤波器。
ii
权利要求
1、一种弹性表面波装置，利用瑞利波，具备欧拉角为(0°±5°，θ±5°，0°±10°)的LiNbO3基板；电极，形成于所述LiNbO3基板上，包括以Cu为主体的IDT电极；第1氧化硅膜，在除了形成所述电极的区域以外的剩余区域中，形成为厚度与所述电极相等；和第2氧化硅膜，形成为覆盖所述电极和第1氧化硅膜；当表面波的波长为λ时，所述电极的膜厚为0.12λ～0.18λ的范围，所述欧拉角(0°±5°，θ±5°，0°±10°)的θ为满足下式(1)的范围，[式1]θ＝32. 01—351.92×exp(—TCU/0.0187)…式(1)其中，TCU以波长λ对Cu电极膜厚归一化后的值。
2、 根据权利要求l所述的弹性表面波装置，其特征在于 所述第2氧化硅膜的膜厚H为0.15入 0.50入的范围。
全文摘要
提供一种利用瑞利波、难以生成基于SH波的乱真、电极电阻小、能够容易对应高频化的弹性表面波装置。弹性表面波装置具备欧拉角为(0°±5°，θ±5°，0°±10°)的LiNbO<sub>3</sub>基板；电极，形成于所述LiNbO<sub>3</sub>基板(2)上，包括以Cu为主体的IDT电极(3)；第1氧化硅膜(6)，形成为在除了形成所述电极的区域之外的剩余区域中，厚度与所述电极相等；和第2氧化硅膜(7)，形成为覆盖所述电极(3)和第1氧化硅膜(6)，利用瑞利波，其中，当表面波的波长为λ时，所述电极(3)的膜厚为0.12λ～0.18λ的范围，所述欧拉角(0°±5°，θ±5°，0°±10°)的θ为满足下式(1)的范围，[式1]θ＝32.01-351.92×exp(-T<sub>CU</sub>/0.0187)…式(1)。其中，T<sub>CU</sub>以波长λ对Cu电极膜厚归一化后的值。
文档编号H03H9/25GK101421921SQ200780013480
公开日2009年4月29日 申请日期2007年4月4日 优先权日2006年4月24日
发明者中尾武志, 西山健次, 门田道雄 申请人:株式会社村田制作所